DE1762472C3 - Überlastungsschutzschaltung für die Transistoren eines mit einer eisenlosen Gegentaktstufe versehenen Verstärkers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Überlastungsschutz- Diode unterdrückt. Die aus Strom- und Spannungsschaltung für die Transistoren eines mit einer eisenlo- 4° messung erhaltenen Werte werden in einem Widersen Gegentaktstufe versehenen Verstärkers unter Standsnetzwerk summiert, das im normalen VerVerwendung eines Schalttransistors, dessen Emitter stärkerbetrieb wegen der entgegengesetzt gerichteten am Bezugspotential liegt und dessen Kollektor mit Halbwellen am Kollektor des Hilfstransistors und am einer Ausgangselektrode eines Vorstufentransistors Meßübertrager eine annähernd konstante Spannung verbunden ist. Derartige Überlastungsschutzschaltun- 45 liefert, die aber bei Unteranpassung oder komplexer gen werden häufig verwendet, um insbesondere die Last am Ausgang einen bestimmten Spannungswert Transistoren von Verstärkern mit hoher Ausgangs-

leistung vor einer Zerstörung zu sichern.

Bei einer bekannten Anordnung zum Überlastungsschutz eines als Verstärker oder Schalter 5<> arbeitenden Leistungstransistors (deutsche Auslegeschrift 1 110231) ist die Emitter-Kollektor-Strecke eines Schutztransistors zwischen den Emitter des Leistungstransistors und seine Basis bzw. die Basis eines Steuertransistors geschaltet, während die Basis des Schutztransistors an einen Spannungsteiler zwischen Kollektor des Leistungstransistors und Erde gelegt ist. Bei Kurzschluß der Last wird der Schutztransistor geöffnet und die Basis des Leistungstransistors bzw. des Steuertransistors mit Erde verbunden. Eine derartige Schaltung eignet sich nicht für Verstärker mit Wechselspanmmgsausgang, da sie auf eine Änderung des Gleichspannungspegels bei Kurzschluß ausgelegt ist. Diese Schaltung hat zudem den Nachteil, daß der Schutztransistor so lange im geöffneten Zustand bleibt, bis von außen auf seine Basis eine zusätzliche positive Spannung aufgedrückt wird, also eine Wiedereinschaltung erfolgt.

überschreitet und deshalb als Kenngröße für das Überschreiten der Ansprechgrenze gewertet werden kann. Diese Vergleichsspannung wird in einem weiteren Transistor verstärkt, dessen Ausgangsimpulse dann die monostabile Kippschaltung steuern, sobald die höchstzulässige Verlustleistung erreicht ist. Auf diese Weise wird der Verstärker nur für eine begrenzte Zeit ausgetastet. Danach kippt der Multivibrator zurück, um bei Andauern des verbotenen Betriebszustandes erneut auszutasten. Am Ausgang des Multivibrators ist ein Integrationsglied vorgesehen, das die Aufgabe hat, das Tastverhältnis zu vergrößern und eine Signalrückkopplung zu vermeiden. Über das Integrationsglied wird der Ausgangsimpuls des Multivibrators dem Schalttransistor zugeführt, dessen Kollektor-Emitter-Strecke beim Eintreffen des Ausgangsimpulses niederohmig wird. Der Schalttransistor liegt in einer durch Widerstände gebildeten Brückenschaltung, die als Teilerwiderstände für die Schwächung des Verstärkereingangssignals dienen. Das bekannte Verfahren dürfte zwar auf die Mehrzahl der denkbaren gefährlichen Betriebszustände

ansprechen, der Schaltungsaufwand ist jedoch beträchtlich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Überlastungsschutzschaltung für die Transistoren eines Verstärkers unter Verwendung eines Schalttrensistors zu schaffen, bei der gleichfalls ein schnellwirkender und sicherer Schutz der Verstärkertransistoren gegen Zerstörung infolge aller denkbaren gefährlichen Betriebsbedingungen bewirkt ist, die aber gegenüoei dem Stand der Technik einen möglichst geringen Aufwand an SchaltmiUeln erfordert. Diese Aufgabe wird bei einer Überlastungsschutzschaltung der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine ers^e Serienschaltung, bestehend aus einer ersten Diode und einem ersten Widerstand, einen ersten Punkt mit einem Mittelpunkt einer einen zweiten Punkt und Bezugspotential verbindenden Ausgangsserienschallung, bestehend aus einem Kondensator und einem gegen Bezugspotential liegenden Ausgangswiderstand, verbindet, daß an den zweiten Punkt die beiden Ausgangselektroden der zu schützenden Tiansistoren angescnlossen sind, daß ein Verbindungswiderstand den über einen Emitter-Widerstand am Bezugspotential liegenden Emitter des ersten zu schützenden Transistors mit dem ersten ^a5 Punkt verbindet, daß eine Basis-Serienschaltung, bestehend aus einer zweiten Diode und einem zweiten Widerstand, den ersten Punkt mit der Basis des Schalttransistors verbindet, daß die beiden Dioden jeweils mit der Anode am ersten Punkt liegen, oaß eine Parallelschaltung, bestehend aus einem Kondensator und einem Widerstand, die Verbindungsleitung zwischen der zweiten Diode und dem zweiten Widerstand mit Bezugspotential verbindet.

Die Erfindung baut zwar auf dem bekannten Prinzip auf, die Kombination zweier, von einem Endtransistor abgeleiteter Halbwellenspannungen mit gleicher Phase und entgegengesetztem Vorzeichen für die Steuerung des Eingangssignals der Endstufe zu verwenden. Sie vermeidet jedoch aufwendige Schaltmittel zur Erfassung der zum Absichern der Endtransistoren notwendigen elektrischen Größen. So werden bei der Erfindung die beiden gegeneinander abzuwiegenden Spannungen jeweils über einen Widerstand direkt am Ausgangswiderstand und am *5 Emitterwiderstand des zu schützenden Transistors abgenommen, ohne daß hierfür ein Meßübertrager und ein Hilfstransistor erforderlich sind. Auch w>rd bei der Erfindung das aus den beiden Halbwellensignalen gleicher Phase und entgegengesetzten Vorzeichens gewonnene Steuersignal direkt der Basis des Schalttransistors zugeführt, ohne daß zur Auslösung der Abschaltung der Transistor-Endstufe ein Multivibrator benötigt wird, der den am Eingang des Verstärkers liegenden Schalttransistor steuern und damit eine Reduktion des Signalpegels am Eingang hervorrufen muß. Weitere Unterschiede und Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich aus der folgenden Darstellung eines besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiels.

Die erfindungsgemäße Schaltung und ihre Wirkungsweise werden an Hand der Figur näher erläutert.

Von dem über den Widerstand 10 mit dem Bezugspotential verbundenen Emitter des Transistors 11,

60 der aus den Transistoren 11, 12 bestehenden Gegentaktendstufe, wird ein aus positiv gerichteten Halbwellen gebildetes Signal U₁ über den Widerstand 9 dem Punkt 8 und von dort über die Diode 6 und den Schutzwiderstand 3 der Basis des Schalttransistors 1 zugeleitet. Zwischen dem Widerstand 3 und der Diode 6 ist ein Kondensator 4 und ein hochohmiger Ableitwiderstand 5 angeschlossen, die mit dem Bezugspotential verbunden sind.

Dem Ausgangswiderstand 16, der über den Kondensator 14 an die Mitte 13 der Gegentaktstufe 11, 12 angeschlossen ist, wird ein zweites bei reellem Lastwiderstand im gleichen Zeitpunkt negativ gerichtetes Halbweljensignal JJ₂ entnommen und über die Diode 7 dem Punkt 8 zugeleitet, an den zugleich noch das erste Signal gelangt.

Durch eine gegenüber der Spannung U₁ höhere Amplitude der Spannung U, ist bei entsprechender Auslegung der Widerstände 9, 10, 15 die Diode 6 im normalen Betriebsfall so vorgespannt, daß kein Signal an die Basis des Transistors 1 gelangt, dieser also gesperrt ist. Bei gestörtem Betrieb der Endstufe, d. h., wenn die Gefahr einer Zerstörung der Transistoren 11, 12 infolge überhöhter Verlustleistung besteht, ändert sich, vie noch gezeigt wird, die der Basis des Schalttransistors 1 von der Endstufe zugefühne Steuerspannung jeweils derart in positiver Richtung, daß der Schalttransistor 1 leitend wird und den Vorstufentransistor 2 gegen das Bezugspotential kurzschließt, mithin die Endstufe kein Steuersignal mehr erhält und ihre Verlustleistung auf das Ruhestrom-Minimum absinkt. Dieser Zustand bleibt bestehen, bis die positive Ladung des Kondensators 4 so weit abgeflossen ist, daß der Transistor 1 gesperrt wird. Nach einem kurzen Stromimpuls wiederholt sich dieser Vorgang, bis die Störursache am Ausgang beseitigt ist.

Der gestörte Betrieb tritt z.B. bei kurzgeschlossenem Ausgang oder bei einem Ausgangswiderstand auf, der klein ist gegenüber demjenigen, für den der Verstärker ausgelegt ist. Hierbei entfällt die vom Ausgangswiderc'^nd gelieferte negative Halbwellenspannung U₁, oder sie sinkt so weit ab, daß der positive Anteil des Basissteuersignals den Schalttransistor 1 in den leitenden Zustand versetzt.

Auch ein komplexer Ausgangswiderstand 16 kann wegen der gestörten Phasenbeziehung zwischen Ausgangsstrom- und -spannung Anlaß zur Zerstörung der Transistoren geben. Die veränderte Phasenbeziehung zwischen den beiden die Basis steuernden Signalspannungcn U₁, U₂ bewirkt auch in diesem Fall eine öffnung des Schalttransistors 1 und damit einen Kurzschluß des Vorstufentransistors 2.

Die Erfindung ist insofern nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, als in bekannter Weise auch andere Wechsel- oder Gleichspannungen des Verstärkers durch den Schalttransistor 1 kurzgeschlossen werden können.

Als Vorteile der erfindungsgemäßen Überlastungsschutzschaltung sind zu nennen:

Kurze Ansprechzeit, beliebige Wahl der Ausgangsimpedanz, bei welcher der Schalttransistor ansprechen soll, sichere Funktion auch bei den geschilderten gefährlichen Phasenverschiebungen unter Einschluß komplexer Lastwiderstände, sehr geringer Aufwand an Schaltmitteln.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Überlastungsschutzschaltung für die Transistoren eines mit einer eisenlosen Gegentaktstufe versehenen Verstärkers unter Verwendung eines Schalttransistors, dessen Emitter am Bezugspotential liegt und dessen Kollektor mit einer Ausgangselektrode eines Vorstufentransistors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, xo daß eine e.rste Serienschaltung, bestehend aus einer ersten Diode (7) und einem ersten Widerstand (15), einen ersten Punkt (8) mit einem Mittelpunkt einer einen zweiten Punkt (13) und Bezugspotential verbindenden Ausgangsserienschaltung, bestehend aus einem Kondensator (14) und einem gegen Bezugspotential liegenden Ausgangswiderstand (16), verbindet, daß an den zweiten Punkt (13) die beiden Ausgangselektroden der zu schützenden Transistoren (11, 12) angeschlossen sind, daß ein Verbindungswiderstand (9) den über einen Emitter-Widerstand (10) am Bezugspotential liegenden Emitter des ersten zu schützenden Transistors (11) mit dem ersten Punkt (8) verbindet, daß eine Basis-Serienschaltung, bestehend aus einer zweiten Diode (6) und einem zweiten Widerstand (3), den ersten Punkt (8) mit der Basis des Schalttransistors (1) verbindet, daß die beiden Dioden (6,7) jeweils mit der Anode am ersten Punkt (8) liegen, daß eine Paraufschaltung, bestehend aus einem Kondensator (4) und einem Widerstand (S), die Verbindungsleilung zwischen der zweiten Diode (6) und dem zweiten Widerstand (3) mit Bezugspotential verbindet.

   Bekannt ist ferner eine Überlastungsschutzschaltung für einen mindestens zweistufigen Verstärker (deutsche Auslegeschrift 1151 017), bei der eine von der Mitte der mit Ausgangsübertrager arbeitenden Gegentaktendstufe abgegriffene Prüfspannung einer monostabilen Kippstufe zugeführt wird, die bei Überlastung der Endstufe von ihrem stabilen in den labilen Zustand gesteuert wird und in diesem Zustand die Versorgungsspannung einer Vorstufe ausschaltet. Abgesehen davon, daß diese Schutzschaltung eines relativ hohen Aufwandes an Schaltmitteln bedarf, ist sie nicht geeignet, universell auf alle bei einem Verstärker möglichen gefährlichen Abweichungen vom normalen Betriebszustand zu reagieren.

   Bei einem anderen bekanntgewordenen Verfahren zum Überlastungsschutz von Leistungstransistoren (deutsche Auslegeschrift 1 168 492) liefert eine Vergleichsschaltung bei Annäherung des Augenblickswertes der Verlustleistung in der Endstufe an einen Grenzwert Impulse an eine monostabile Kippschaltung, deren Ausgangssignale einen Schalttransistor öffnen, der das Verstärkereingangssignal so weit schwächt, daß die Transistoren nicht mehr gefährdet sind. In diese Vergleichsschaltung ist ein Vergleich zwischen der tatsächlichen Kollektor-Emitter-Spannung und der bei dem entsprechenden Strom zulässigen Kollektor-Emitter-Spannung in der Weise vorgenommen, daß einem dem Leistungstransistor zugeordneten Hilfstransistor ein dem Kollektorstrom des Leistungstransistors proportionaler Strom an der Basis zugeführt wird und die Ausgangsspannung des Hilfstransistors mit der Kollektor-Emitter-Spannung des Leistungstransistors verglichen wird, die durch

   g g , rch

   einen Meßübertrager mit einem geeigneten Übersetzungsverhältnis erfaßt wird. Damit ein Ansprechen

   der Schutzschaltung in der Sperrhalbwelle des Lei-

   slungstransistors nicht stattfindet, wird eine dem Hilfstransistor zugeführte Halbwelle durch eine